化學(xué)反應(yīng)工程第一章習(xí)題參考答案

PAGEPAGE52010級第一章習(xí)題參考答案1-1:空氣:水蒸氣摩爾比，反應(yīng)后甲醇的轉(zhuǎn)化率達72％，甲醛的收率為69.（1）（2）氣體的組成（）由（1-17）式得反應(yīng)的選擇性為： X 0.720組分CH3摩爾分率yi02/（2+4+1.3）=0.2740n組分CH3摩爾分率yi02/（2+4+1.3）=0.2740ni027.40空氣4/（2+4+1.3）=0.547954.79水1.3/（2+4+1.3）=0.178117.81總計1.000100.0設(shè)甲醇的轉(zhuǎn)化率為X，甲醛的收率為Y，根據(jù)（1-7）和（1-9）式可得反應(yīng)器出口甲醇、甲An

P和n分別為：A P cnA=nA0(1-XA)=7.672molnP=nA0YP=18.96molnC=nA0(XA-YP)=0.7672mol結(jié)合上述反應(yīng)的化學(xué)計量式，水（n、氧氣（n）和氮氣（n）的摩爾數(shù)分別為：W O NnW=nW0+nP+2nC=38.30molnO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788molnN=nN0=43.28mol2CO2CO2O2N20.76720.878843.280.69830.799939.39組分摩爾數(shù)（mol）摩爾分率%CHOH7.6726.9833HCHO18.9617.26HO38.334.87（1）目的產(chǎn)物選擇率

Y=消耗于主產(chǎn)物L(fēng)上的關(guān)鍵組分A的量進入反應(yīng)系統(tǒng)的A的初始量S=消耗于主產(chǎn)物L(fēng)上的關(guān)鍵組分A的量轉(zhuǎn)化了的關(guān)鍵組分A的量x＝轉(zhuǎn)化了的關(guān)鍵組分A的量反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率

A進入反應(yīng)系統(tǒng)的A的初始量轉(zhuǎn)化率、收率和選擇率的關(guān)系

Y=xSAS已知：xCH3OH =72% YHCHO=SYHCHO則 xCH

69.2%72%

96.11%（2）為方便計算，設(shè)進入反應(yīng)器的甲醇的物質(zhì)的量為2mol，則即反應(yīng)后混合氣體中：NCH3OH =2*(1-72%)=0.56molNHCHO=2*69.2%=1.384molNH2O=1.3+2*69.2%+2*(72%-69.2%)*4/2=2.796molNCO2=2*(72%-69.2%)=0.056molN =4-2*69.2%*1/2-2*(72%-69.2%)*3/2=3.224mol空氣(其中NO2=4*21%-2*69.2%*1/2-2*(72%-69.2%)*3/2=0.064molNN2=4*79%=3.16mol）總物質(zhì)的量為：NT=0.56+3.224+1.384+2.796+0.056=8.02mol各組分組成為：yCH3OH=0.56/8.02*100%=6.98%y空氣=3.224/8.02*100%=40.20%（其中yO2=0.80%,yN2=39.4%）yHCHO=1.384/8.02*100%=17.26%yH2O=2.796/8.02*100%=34.86%yCO2=0.056/8.02*100%=0.70%某氣-固一級不可逆催化反應(yīng)，按單位質(zhì)量催化劑表示的本征動力學(xué)方程為

dNAk f

，式中fdW w A A為反應(yīng)組分A的逸度。若ρ、ρ

分別表示催化劑床層的堆密度和催化劑的假密度，ε為催化劑床層的空b Pii

分別為單位體積催化床、單位體積催化劑顆粒和單位質(zhì)量催化劑的內(nèi)表面積（1）推導(dǎo)按單位體積催化床和單位質(zhì)量催化劑顆粒表示的本征反應(yīng)速率常數(shù)kVRkw間的關(guān)系催化床層中某dN一微元體積的壓力為pTA的摩爾分數(shù)為

Ak fA A dW w A改寫為dNAk pdW p

，dNAk ydW y

，dNAkcdW c

，推導(dǎo)k

、k 、k與kp y c

間的關(guān)系式。（）dN dN AkdV R

f ； A dW

k f ；W AV R

dVb

dW dNdVdN

dNdWdN

k fbW AR b或者V SR i

W idV

dN dW AdN

A i k fSSS P S P RSSV V

dV dWRSR

S P W ViS PV即k kVR b

Si kS P

Sgk 或S WV iV S

S dN

dN SR iW idVS S g g

dW dVR

A igdW SgS

k fW Ak kVR b

SiS

kP

iSgSgkS WV i（2）

dNAk f k fdW W A f dN P kAkC k A C

k PdW C

CRT RT A P Ag gdNAkC k

PyAk P y

k ydW C

CRTg

CRT A y Ag對于理想氣體，f接近于p，所以有k RTk RTk

RTk RgTkC g P g f

g W P y如不是理想氣體，設(shè)A的逸度系數(shù)為ФA，fA

PA AdN Ak f kdW W A dN

f k PA f A ARTk RC

TkP

RTkg

RT k g A W

g kP y有如下平行反應(yīng)，PE2<E1<E3，k0j反應(yīng)的指前因子，j證明最佳溫度

T E3E2opRln

k0(E3 3k0(E

E)1E)2 1 2ERTk k0e1cnERT1 1 A證明：

k k02 2

E2RTcnAk k03 3E3RTcnA因n相同，所以P的選擇率rPSr rrPP S Tr 1r 1STr rP Pkk0121 2e(E12

10)/RTk30

1 e(EE)/1 令dS0dT

k0 k01 1所以ee1 k0 k0eedS

d( )S

d 2k01

(EE1

)/RT 3k01

(EE1

)/RT)k02

E E1 2

(EEe1 e

k0)/RT 3

E E1 3

(EEe1 e

)/RT0dT dT

dT k01

RT2

k0 RT21整理，得

k0EE2 1

e(EE

k01 )/RT 1

E